本公开涉及复合材料、化学合成及微纳加工交叉，尤其涉及一种多级纳米花状结构复合湿敏材料薄膜(goqds/nh2-msio2/pi)及其制备方法和应用。
背景技术：
1、水分传感器在工业生产、气象、国防、航天和农业等领域有广泛应用，随着行业发展，对水分的测量能力要求在不断提高，高精度、高灵敏和快响应的水分传感器成了发展亟需。但是水分传感器的灵敏度与响应能力往往在湿敏材料薄膜的微观结构、厚度、孔隙状态、比表面积、亲水性等影响因素方面相互制约，影响了高性能水分传感器的开发。
2、湿敏材料薄膜作为水分传感器的核心关键，对其本征特性及结构进行设计及精细合成，是实现高灵敏快响应水分传感器的基础。
3、聚酰亚胺和氧化石墨烯，因其优异的热稳定性、耐腐蚀性、机械强度、大比表面积和亲水性，广泛应用于水分传感器湿敏层，已开发了聚酰亚胺纳米草结构薄膜、氟基修饰的交联聚酰亚胺薄膜、氧化石墨烯量子点与聚二烯丙基二甲基氯化铵复合薄膜等湿敏材料，但对微水检测灵敏响应仍然有较大滞后。
技术实现思路
1、(一)要解决的技术问题
2、有鉴于此，本公开的主要目的在于提供一种多级纳米花状结构复合湿敏材料薄膜(goqds/nh2-msio2/pi)及其制备方法和应用，以提高湿敏材料的灵敏性，减小湿敏材料的湿滞效应。
3、(二)技术方案
4、根据本公开的一个方面，提供了一种多级纳米花状结构复合湿敏材料薄膜的制备方法，包括：
5、制备纳米花状结构聚酰亚胺(pi)粉末；
6、制备氧化石墨烯量子点(goqds)/氨基化介孔二氧化硅(nh2-msio2)纳米微球复合结构；
7、利用纳米花状结构pi与goqds/nh2-msio2纳米微球复合结构制备多级纳米花状结构复合湿敏材料(goqds/nh2-msio2/pi)；
8、将多级纳米花状结构复合湿敏材料goqds/nh2-msio2/pi分散在有机溶液中，均匀涂敷于晶圆表面，得到不同厚度的多级纳米花状结构复合湿敏材料薄膜。
9、上述方案中，所述制备纳米花状结构pi，包括：将二胺单体分散到有机溶剂中，搅拌至溶解完全，再加入二酐单体，搅拌至溶解完全，得到聚酰胺酸溶液；将聚酰胺酸溶液进行热亚胺化反应，反应结束后对所得溶液进行抽滤、洗涤、干燥，得到纳米花状结构pi。
10、上述方案中，所述的二胺单体为1,2-丙二胺、4,4'-二氨基联苯、对苯二胺、乙二胺、己二胺中的任意一种或至少两种的组合；所述的有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺和n-甲基吡咯烷酮中的任意一种或两种的组合；所述的二酐单体为3,3',4,4'-二苯酮四酸二酐、均苯四甲酸酐、3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐中的任意一种或至少两种的组合；所述的二胺单体与二酐单体的摩尔比为1:1；所述的热亚胺化反应，温度为160℃-200℃，时间为8h-12h；所述的纳米花状结构pi，是直径为1000nm-3000nm、片厚度为10nm-30nm的纳米花状结构。
11、上述方案中，所述制备goqds/nh2-msio2纳米微球复合结构，包括：将表面活性剂、氨水、乙醇和乙醚分散在去离子水中充分搅拌形成乳液体系，再加入正硅酸四乙酯和γ-氨丙基三乙氧基硅烷，充分搅拌得到固体产物，将该固体产物离心洗涤后分散于盐酸/乙醇溶液中进行加热回流反应，对生成的沉淀物进行洗涤、干燥，得到nh2-msio2纳米微球；将nh2-msio2纳米微球置于goqds溶液中，充分搅拌使其混合均匀，得到goqds/nh2-msio2纳米微球复合结构。
12、上述方案中，所述的表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、双十八烷基二甲基溴化铵中的任意一种或至少两种的组合；所述的加热回流反应，温度为60℃-80℃、反应时间为18h-24h；所述的对生成的沉淀物进行干燥，条件为在真空50℃-70℃下保持6h-8h；所述的nh2-msio2纳米微球的直径为20nm-50nm；所述的goqds/nh2-msio2纳米微球复合结构中，goqds附着于nh2-msio2的表面，且goqds的尺寸小于15nm。
13、上述方案中，所述利用纳米花状结构pi与goqds/nh2-msio2纳米微球复合结构制备多级纳米花状结构复合湿敏材料goqds/nh2-msio2/pi，包括：将纳米花状结构pi与goqds/nh2-msio2纳米微球复合结构一同置于乙醇中混合均匀，经过过滤、洗涤、干燥后，得到多级纳米花状结构复合湿敏材料goqds/nh2-msio2/pi。
14、上述方案中，所述的将多级纳米花状结构复合湿敏材料goqds/nh2-msio2/pi分散在有机溶液中，均匀涂敷于晶圆表面，得到不同厚度的多级纳米花状结构复合湿敏材料薄膜的步骤中，所述的有机溶液为松油醇或乙醇；所述的涂覆方式为喷涂、旋涂、滴涂或气相沉积；所述的多级纳米花状结构复合湿敏材料薄膜，厚度为1μm至50μm。
15、根据本公开的另一个方面，提供了一种多级纳米花状结构复合湿敏材料薄膜，采用所述的多级纳米花状结构复合湿敏材料薄膜的制备方法制备而成。
16、根据本公开的另一个方面，提供了一种水分传感器，采用所述的方法制备的多级纳米花状结构复合湿敏材料薄膜作为水分传感器的湿敏层。
17、根据本公开的再一个方面，提供了所述的方法制备的多级纳米花状结构复合湿敏材料薄膜，在水分传感检测领域中应用。
18、(三)有益效果
19、从上述技术方案可以看出，本公开提供的多级纳米花状结构复合湿敏材料薄膜(goqds/nh2-msio2/pi)及其制备方法和应用，至少具有以下有益效果：
20、1、本公开提供的多级纳米花状结构复合湿敏材料薄膜(goqds/nh2-msio2/pi)及其制备方法，通过耦合具有强亲水性和微尺寸效应的氧化石墨烯量子点(goqds)和氨基化介孔二氧化硅(nh2-msio2)纳米微球复合结构，来增加水分子吸附点位；精细合成纳米花状结构聚酰亚胺(pi)三维负载基体，形成畅通的水分子扩散通道；在此基础上，复合纳米花状结构聚酰亚胺(pi)和氧化石墨烯量子点/氨基化介孔二氧化硅(goqds/nh2-msio2)，协同调控水分子的吸附能力与吸脱附效率，显著提高了湿敏材料的灵敏性，减小了湿敏材料的湿滞效应，实现了高灵敏快响应复合湿敏材料薄膜的制备。
21、2、本公开提供的多级纳米花状结构复合湿敏材料薄膜(goqds/nh2-msio2/pi)及其制备方法，多级纳米花状结构复合湿敏材料薄膜具有丰富的亲水位点和高比表面积。氧化石墨烯量子点和氨基化介孔二氧化硅(goqds/nh2-msio2)纳米微球复合结构为湿敏材料薄膜提供了丰富的亲水点位，这些点位能够有效捕获水分子，亲水特性增强了水分子的吸附能力，显著提高了湿敏材料的灵敏性。
22、3、本公开提供的多级纳米花状结构复合湿敏材料薄膜(goqds/nh2-msio2/pi)及其制备方法，多级纳米花状结构复合湿敏材料薄膜具有优化的三维孔隙结构。纳米花状结构聚酰亚胺(pi)作为三维负载基体，为湿敏材料薄膜建立了水分子高效扩散路径，能够减小湿敏材料的湿滞效应。
23、4、本公开提供的多级纳米花状结构复合湿敏材料薄膜(goqds/nh2-msio2/pi)及其制备方法，有机无机复合材料的良好机械性能和热稳定性，保证了对其薄膜表面进行图案化刻蚀或镀膜工艺处理的可行性，实现与半导体工艺的兼容，有利于水分传感器的集成。
24、5、本公开提供的多级纳米花状结构复合湿敏材料薄膜(goqds/nh2-msio2/pi)及其制备方法，在水分传感检测领域中具有广泛的应用。
1.一种多级纳米花状结构复合湿敏材料薄膜的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的多级纳米花状结构复合湿敏材料薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备纳米花状结构pi，包括：
3.根据权利要求2所述的多级纳米花状结构复合湿敏材料薄膜的制备方法，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的多级纳米花状结构复合湿敏材料薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备goqds/nh2-msio2纳米微球复合结构，包括：
5.根据权利要求4所述的多级纳米花状结构复合湿敏材料薄膜的制备方法，其特征在于，
6.根据权利要求1所述的多级纳米花状结构复合湿敏材料薄膜的制备方法，其特征在于，所述利用纳米花状结构pi与goqds/nh2-msio2纳米微球复合结构制备多级纳米花状结构复合湿敏材料goqds/nh2-msio2/pi，包括：
7.根据权利要求1所述的多级纳米花状结构复合湿敏材料薄膜的制备方法，其特征在于，所述的将多级纳米花状结构复合湿敏材料goqds/nh2-msio2/pi分散在有机溶液中，均匀涂敷于晶圆表面，得到不同厚度的多级纳米花状结构复合湿敏材料薄膜的步骤中，
8.一种多级纳米花状结构复合湿敏材料薄膜，采用权利要求1-7中任一项所述的多级纳米花状结构复合湿敏材料薄膜的制备方法制备而成。
9.一种水分传感器，采用权利要求1-7中任一项所述的方法制备的多级纳米花状结构复合湿敏材料薄膜作为水分传感器的湿敏层。
10.权利要求1-7中任一项所述的方法制备的多级纳米花状结构复合湿敏材料薄膜，在水分传感检测领域中应用。
